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基于机器视觉的链轮径向跳动测量技术研究

包昊菁  
【摘要】:链轮是链传动的主要零件,其加工精度直接影响链传动的工作性能。径向跳动是形位误差的重要组成部分,是评价链轮加工精度的主要指标之一,直接影响链传动的动态特性。测量链轮的径向跳动是提高链轮加工精度和装配精度、保证链轮传动性能的重要前提。随着现代汽车发动机制造技术的进步,对链轮径向跳动的在线或原位测量提出了要求。本文以链轮径向跳动的原位或在线测量为目标,利用机器视觉测量技术,研究建立链轮径向跳动的机器视觉测量模型。由于链轮的几何形状和测量参数与轴齿类零件类似,所以建立该模型的方法也可以用于研究其他轴齿类零件相关参数的视觉测量。首先,在基于平面的两步标定法的基础上,提出校正摄像机主点的摄像机标定改进算法。利用两对共轭曲线之间的最短线段集合,获得由这些线段集合相交形成的多边形顶点坐标,通过求解多边形质心校正摄像机主点。以标准量块的尺寸为被测量,通过实验验证摄像机标定改进算法的准确性,为提高视觉测量精度奠定基础。其次,考虑到工厂复杂的光照条件、链轮表面的颜色等因素的影响,在分析现有亚像素边缘检测算法的基础上,以检测边缘的准确性和抗噪性为指标,通过实验对边缘插值算法、空间矩法以及拟合法进行测试,确定适用于现场提取链轮边缘图像的亚像素边缘检测算法。再次,在被测链轮端面上建立世界坐标系以描述被测链轮。将特制的同心圆环放置在被测链轮的中心孔内,并拍摄链轮端面的图像。利用已知的圆环半径和链轮中心孔半径以及椭圆拟合得到的圆环和链轮孔边缘曲线方程的系数,确定世界坐标系与摄像机坐标系的变换关系,即确定视觉测量链轮径向跳动的外参,为建立视觉测量链轮径向跳动模型奠定基础。然后,利用视觉测量链轮径向跳动的外参,将检测的链轮边缘点投影到与链轮端面平行的坐标面后,分别对齿沟边缘点和齿顶边缘点进行椭圆拟合,求解齿沟圆弧的最低点和齿顶圆弧的最高点,最终建立齿沟和齿顶相对于链轮中心点的径向跳动视觉测量模型。最后,在本文建立的机器视觉测量模型的基础上,对四个不同节距和齿数的链轮的径向跳动进行实际测量,并与测绘投影仪和三坐标测量机的测量结果进行对比和分析,验证机器视觉测量模型的正确性,分析影响测量精度的因素。


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